7.3.3. Многофункциональные осциллографы

Дальнейшее расширение функциональных возможностей уни­версальных осциллографов привело к созданию многофункциональ­ных осциллографов, в которых с помощью сменных блоков можно реализовывать такие дополнительные функции, как измерение раз­личных электрических и неэлектрических величин, анализ спектра сигналов, исследование характеристик радиотехнических устройств и т. д. Появились, в частности, осциллографы-мультиметры, анало­гичные универсальным цифровым вольтметрам и мультиметрам (см. § 3.6.3), но сохраняющие все функции осциллографа. При раз­работке таких осциллографов наметились две тенденции.

Первая тенденция предполагает объединение осциллографа и мультиметра в схемном и конструктивном отношениях. Осциллог­раф может быть как одноканальным, так и многоканальным, а мультиметр, как правило, представляет собой набор преобразова­телей измеряемых величин в напряжение постоянного тока, изме­ряемое затем цифровым вольтметром. Отсчетным устройством мультиметра является ЭЛТ, выполняющая функции дисплея. Пе­реключение прибора из режима «осциллограф» в режим «мультиметр» производится специальным переключателем.

Вторая тенденция предполагает полную автономию осциллогра­фа и мультиметра в схемном отношении и предусматривает лишь конструктивное объединение их. Мультиметр в этом случае имеет собственное ОУ (см. § 3.6.4).

Дальнейшее расширение функциональных возможностей осциллографов-мультиметров достигается применением так называемых логических пробников, позволяющих одновременно исследовать не­сколько цифровых сигналов без увеличения габаритов осциллогра­фов. Такая задача является довольно типичной для цифровой тех­ники и решается с помощью пробника путем формирования ступен­чатого напряжения (поочередно с разверткой осциллографа), распределяющего изображение исследуемых сигналов (до восьми) равномерно по площади экрана ЭЛТ.

7.3.4. Цифровые осциллографы

Развитие техники точного осциллографирования привело к со­зданию универсального осциллографа нового типа — цифрового осциллографа (ЦО), являющегося наряду с ЦВ, ЦЧ и ЦФ еще од­ним примером ЦИП. Исследуемый аналоговый сигнал преобразу­ется с помощью АЦП в коды, которые далее запоминаются в ди­скретной памяти, реализуемой с помощью оперативного запомина­ющего устройства (ЗУ). Благодаря этому значительно упрощается задача измерения и обработки параметров сигнала, обеспечивается осциллографирование однократных сигналов и появляется возмож­ность полностью автоматизировать процесс исследования формы сигналов и измерения их параметров. В самом общем виде струк­турная схема ЦО показана на рис. 7.12.

Как видно из рис. 7.12, управление работой ЦО (как и любого другого из рассмотренных ранее ЦИП) осуществляется тактовыми импульсами УУ. В АЦП реализуется кодо-импульсный метод преобразования (см. § 3.6.2) при развертывающем уравновешивании с равномерно ступенчатым (в отличие от ЦВ поразрядного уравнове­шивания) изменением компенсирующего напряжения (см. рис. 3.33, б). Благодаря этому имитируется временная развертка осциллографа.

Оперативное ЗУ позволяет запомнить весь массив мгновенных значений U(t), поступающих в виде кодов с АЦП, а также необхо­димую служебную информацию. Скорость записи в ЗУ и его ем­кость оказывают существенное влияние на быстродействие и метро­логические характеристики ЦО.

Особо следует остановиться на видах визуальных индикаторов (ВИ), применяемых в ЦО. Они подразделяются на две группы: ЭЛТ и матричные индикаторные панели (МИП). При использовании ЭЛТ необходимы дополнительные ЦАП, преобразующие коды ЗУ в напряжение сигнала U(t), поступающее на пластины Y, и напря­жение развертки, подаваемое на пластины X ЭЛТ. Необходимость в ЦАП отпадает, если перейти к МИП — плоским матричным экра­нам, дискретность которых естественным образом согласуется с ди­скретной формой представленной информации. Кроме того, приме­нение МИП снижает габариты и массу ЦО, устраняет источники высокого напряжения и резко сокращает число органов управления экраном.

В общем случае МИП состоит из большого числа малогабаритных световых элементов, расположенных в виде решетки и соединенных по матричной схеме (рис. 7.13). Они размещаются в пересечениях вертикальных шин-столбцов и го­ризонтальных шин-строк. Если подать единичные потенциалы на т-й столбец и l-ю строку, то элемент в их пересечении окажется в возбужденном состоянии и вы­светит точку. Таким образом, МИП можно рассматривать как один из видов ЗИ (матричный), управляемых через ДШ (см. § 3.6.4). Код вертикального отклоне­ния преобразуется с помощью ДШ Y в позиционную форму и выбирает соответ­ствующую строку, а код горизонтального отклонения через ДШ X выбирает со­ответствующий столбец. Смена кодов приводит к пропорциональному смещению точки индикации, и на экране появляется «точечное» изображение U(t).

При создании МИП используются такие известные физические явления, как газовый разряд, электролюминесценция и электрооптические эффекты в жидких кристаллах и сегнетоэлектриках. Наиболее полно требованиям ЦО отвечают га­зоразрядные индикаторные панели (ГИП), которые выпускаются серийно. Среди них выделяют ГИП постоянного и переменного тока. Основные параметры ГИП регламентируются ГОСТ 24891—81. Наилучшие значения параметров имеют ГИП переменного тока с внутренней памятью. Они обеспечивают возможность смены информации до 50... 100 тыс. элементов в секунду при управляющих напряже­ниях не более 100 В.

Цифровые осциллографы — один из первых видов отечествен­ных радиоизмерительных приборов, где полная автоматизация про­цесса измерения достигается сочетанием рассмотренных функцио­нальных узлов со встроенным микропроцессором.